Apoptosis Induction and Inhibition by Modified Vaccinia Virus Ankara during Infection of Human and Mouse Cells
Final Report Abstract
Zelltod durch Apoptose ist eine Antwort einer infizierten menschlichen Zelle auf die Infektion durch ein Virus und dient der Verteidigung des Organismus: Durch den Tod der ersten infizierten Zelle kann die Produktion von neuen Viren verhindert und die Infektion gestoppt werden. Viele Viren, insbesondere große DNA-Viren, tragen Gene, deren Produkte direkt Apoptose verhindern können. Das Wechselspiel zwischen Apoptosesystem der Wirtszelle und viralen Produkten ist nicht nur wissenschaftlich spannend, sondern auch potentiell klinisch wichtig, da durch spezifische Inhibition des viralen Mechanismus virale Infektionen zumindest theoretisch auch therapeutisch beeinflusst werden können. In diesem Projekt haben wir eine solche Situation untersucht, nämlich während der Infektion menschlicher Zellen mit dem Virus MVA (Modified Vaccinia virus Ankara). Wir hatten Ereignisse der Viruserkennung und Apoptoseinduktion bereits beschrieben und verfolgten hier die Ziele, die Funktion des viralen, anti-apoptotischen Proteins F1L besser zu verstehen, sowie die Funktion von endogenen anti-apoptotischen Proteinen (Mcl-1 und Bcl-XL) während der Infektion durch MVA zu charakterisieren. Die Untersuchung der Funktion von F1L ergab bestimmte molekulare Fähigkeiten (insbesondere die Inhibition von Apoptose nach Induktion des pro-apoptotischen Proteins Bim) sowie die Besonderheit der extremen Instabilität des Proteins (die nur nach direkter Expression, nicht nach Infektion mit MVA messbar ist). Um diese Eigenschaften zu verstehen, suchten wir nach Interaktionspartnern des viralen Proteins. Eine Reihe von zellulären Interaktionspartnern wurde identifiziert, darunter auch Kandidaten, die möglicherweise den Abbau von F1L steuern könnten und vielleicht anti-virale Wirkung haben. Insbesondere das Protein Bag6 ist hier interessant, da es in der Zelle den Abbau zellulärer Proteine regulieren kann. Bag6 könnte damit auch durch die Regulation der F1L- Spiegel anti-virale Funktion übernehmen. Im zweiten Teil des Projekts wurde die differentielle Bedeutung von Mcl-1 und Bcl-XL dargestellt. Interessanterweise – und im Gegensatz zu vielen anderen Situationen – ist Mcl-1 nicht für das Überleben infizierter Zellen notwendig. Dies ist in Fibroblasten und Epithelzellen die Folge der Expression von F1L, das die molekulare Funktion von F1L direkt übernehmen kann. In Makrophagen jedoch wird wenig F1L produziert, und die Anwesenheit von genomischem Mcl-1 ändert die Virus-induzierte Apoptose nicht. Bcl-XL hingegen ist in Makrophagen notwendig, um Apoptose während der Virusinfektion zu begrenzen. Der genomische Verlust oder die pharmakologische Blockade von Bcl-XL verstärkte die virusinduzierte Apoptose in Makrophagen und reduzierte die Generierung von neuen Viruspartikeln. Ähnliche Effekte wurden hier auch für die Infektion mit Vaccinia Virus (eng verwandt mit MVA) und durch MCMV (ein sehr entferntes Herpesvirus) gefunden. Es könnte sich also hierbei um generell bedeutende Mechanismen während einer Virusinfektion von Zellen von Mensch und Maus handeln. Diese Ergebnisse beleuchten die molekulare Regulation von Apoptose während der Infektion mit großen DNA-Viren und werden die Basis für weitere Analysen von Apoptose sowie von viraler Proteinstabilität in menschlichen Zellen bilden. Eine Reihe von Überraschungen und technischen Problemen traten auf. Hier ist insbesondere die unerwartete, sehr eindrucksvolle Instabilität von F1L in Säugerzellen zu nennen, die einige Änderungen im Experimentalplan erforderlich machte. Dies ist eine sehr interessante Beobachtung: Entweder hat das Virus noch spezifisch stabilisierende Möglichkeiten, oder treibt eine extrem hohe Expression von F1L. Möglicherweise ist die Erkennung und Degradation von F1L ein physiologischer Abwehrmechanismus der Zelle, der für die Interaktion mit Viren wichtig ist. Wir werden diesen Aspekt weiterverfolgen.
